3405

Теплотехнический расчет теплопередач

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Задача №1. Расчет теплопередачи через плоскую многослойную стенку Плоская стальная стенка толщиной. Определить коэффициент теплопередачи k от газов к воде, плотность теплового потока q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке α1 и от стенки к воде α2, коэффициент теплопроводности стали λ....

Русский

2012-10-31

58.57 KB

276 чел.

Задача №1. Расчет теплопередачи через плоскую многослойную стенку

Плоская стальная стенка толщиной δс омывается с одной стороны горячими газами с температурой , а с другой стороны – водой с температурой .

Определить коэффициент теплопередачи k от газов к воде, плотность теплового потока q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке α1 и от стенки к воде α2, коэффициент теплопроводности стали λ.

Определить также все указанные выше величины, если стенка со стороны воды покроется слоем накипи толщиной δн; коэффициент теплопроводности накипи .

Построить температурные графики в R,t и x,t - координатах.

Объяснить, в чем состоит вред отложения накипи на стальных поверхностях нагрева.

Исходные данные:

Решение

Выполним расчет для двух случаев:

  1.  при отсутствии накипи;
  2.  при наличии накипи.

  1.  Первый случай – чистая стальная стенка
  2.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Плотность теплового потока:

  1.  Температуры поверхностей:

Для определения температуры стенок и составим уравнения для плотности теплового потока. Так как тепловой поток один и тот же во всех  процессах, то получим следующие выражения:

  1.  плотность теплового потока от горячего газа к стенке по формуле    Ньютона – Рихмана:

  1.  Плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через твёрдую стенку по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока от поверхности стенки к воде описывается законом Ньютона – Рихмана:

Из этих уравнений найдем соответствующие размерности температур:

Отсюда,

температура стенки со стороны газов:

температура стенки со стороны воды:


  1.  Второй случай – стальная стенка покрытая слоем накипи
  2.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Плотность теплового потока:

  1.  Температуры поверхностей:

Для определения температуры стенок  и составим уравнения для плотности теплового потока. Так как тепловой поток один и тот же во всех трёх процессах, то получим следующие выражения:

  1.  плотность теплового потока от горячего газа к стенке по формуле    Ньютона – Рихмана:

  1.  плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через твёрдую стенку по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через слой накипи по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока от поверхности стенки к воде по формуле    Ньютона – Рихмана:

Из этих уравнений найдем соответствующие размерности температур:

Отсюда, температура стенки со стороны газов:

температура стенки со стороны накипи:

температура стенки со стороны воды:

  1.  Термическое сопротивление:

а) от газа к поверхности стенки:

б) стенки:

в) накипи:

г) от накипи к жидкости

Ответ:


Заключение

Теплопроводность накипи в десятки, а зачастую в сотни раз меньше теплопроводности стали, из которой изготовляют теплообменники. Поэтому даже тончайший слой накипи создаёт большое термическое сопротивление и может привести к такому перегреву труб паровых котлов и пароперегревателей, что в них образуются отдулины и свищи, часто вызывающие разрыв труб.

В решении задачи отражено, что температура стальной стенки со стороны газов, имеющая слой накипи толщиной 1 мм, нагревается на 4 градуса больше, чем чистая стальная стенка.


Задача №2. Расчет теплопередачи через

цилиндрическую многослойную стенку

Паропровод с наружным диаметром  и внутренним  покрыт двумя слоями тепловой изоляции с наружными диаметрами  и . Внутренний слой выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности ; наружный – из материала с . Коэффициент теплопроводности стенки паропровода . Температура пара  и окружающего воздуха . Коэффициенты теплоотдачи от пара к стенке ; от стенки к воздуху - .

Определить линейный коэффициент теплопередачи  линейную плотность теплового потока , общее линейное термическое сопротивление теплопередачи и температуры всех поверхностей.

Построить температурный график в d,t и R,t – координатах.

Примечание: задачу решать при условии, что длина паропровода значительно больше его толщины; лучистым теплообменом пренебречь.

Объяснить физический смысл коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. От каких факторов зависит их величина.

Исходные данные:

Решение

  1.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Линейная плотность теплового потока:

  1.  Полное термическое сопротивление

  1.  Температуры поверхностей:

Температуры поверхностей соприкосновения паропровода со слоями изоляции найдем из уравнений плотности теплового потока:

  1.  от пара к внутренней поверхности паропровода по закону Ньютона -Рихмана:

  1.  от внутренней к наружной поверхности паропровода, обусловленная теплопроводностью по закону Фурье:

  1.  от наружной поверхности паропровода к первому слою изоляции по закону Фурье:

  1.  от первого слоя изоляции ко второму по закону Фурье:

Отсюда необходимые значения температур равны:

  1.  Термическое сопротивление:

а) от газа к поверхности трубы:

б) стенки:

в) первого изолятора:

г) второго изолятора:

д) от второго изолятора к окружающей среде:

Ответ:


Заключение

Коэффициент теплоотдачи α характеризует процесс передачи тепла от некоторого теплоносителя (жидкость или газ) к твердой стенке. Определяется параметрами данного теплоносителя (режим течения, скорость, теплофизические характеристики типа плотности, вязкости и теплопроводности), а также характеристиками той части стенки, которая омывается данным теплоносителем (характерный размер, наличие оребрения и т.д.).

Коэффициент теплопередачи k характеризует процесс передачи тепла между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку. Определяется коэффициентами теплоотдачи обоих теплоносителей и параметрами теплопередающей стенки (ее толщина и теплопроводность).

Разница между теплоотдачей α и теплопередачей k состоит в следующем. Суммарный перенос тепла складывается из нескольких стадий: стадия теплопереноса в первой среде, стадия теплопереноса от первой среды к стенке, стадия теплопереноса в самой стенке, стадия теплопереноса от стенки ко второй среде, стадия теплопереноса во второй среде. Коэффициенты теплоотдачи описывают отдельные стадии этого суммарного теплопереноса на стадии среда-стенка. А коэффициент теплопередачи описывает суммарный теплоперенос в целом со всеми его стадиями. По этой причине вначале всегда рассчитываются коэффициенты теплоотдачи α, а затем через них рассчитывается коэффициент теплопередачи k.


ЛИТЕРАТУРА

  1.  Кузовлев В. А.  Техническая термодинамика и основы теплопередачи. – М.: Высшая школа, 1983.
  2.  Луканин В. Н., Шатров М. Г., Камфер Г.М.  Теплотехника. – М.: Высшая школа, 1999.
  3.  Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977.
  4.  Чепикова Т.П., Теплотехника. Расчет и анализ газового цикла - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ, 2010.
  5.  Чепикова Т.П., Теплотехника. Основы теплообмена - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ, 2005.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15116. Сейфуллин, Сәкен (Садуақас, 1894-1938) 134 KB
  Сейфуллин Сәкен Садуақас 18941938 қазақтың көрнекті жазушысы қазақ әдебиетін қалыптастырушылардың бірі мемлекет және қоғам қайраткері. Туып өскен жері Қарағанды облысының Шет ауданына бұрынғы Жаңаарқа ауданына қарасты Ортау кеңшарының Қарашілік қыстағы. Саяси реп...
15117. ЖАМБЫЛ ЖАБАЕВ 83.5 KB
  ЖАМБЫЛ ЖАБАЕВ 1846 1945 АҚЫН ӨМІРІ Шу өзенінің бойымен жүре берсеңіз Хан және Жамбыл деген екі тауға кез боласыз. Менің әкем Жабай бір кезде осы тауларда көшіпқонып жүрген. Жамбыл тауының етегінде қақаған қатты боранды күні мен туыппын Маған сол көне Жамбыл тауының е
15118. А.Байтұрсынов - қазақ әдебиеттану ғылымының атасы 73 KB
  Ахмет Байтұрсынов әдебиеттанушы Ахмет Байтұрсыновтың ғалымтеоретик эстетиксыншы тұлғасын айқындап беретін күрделі толымды жаңашыл туындысы Ташкентте 1926 жылы Әдебиет танытқыш Теория словестности деген атпен басылған. Араға екіүш жыл салып авторы ұст...
15119. Абайтанушы ғалым Қайым Мұхаметханұлы 53.5 KB
  Абайтанушы Әркімнің пешенесіне жазылған мөлшерлі ғұмыры бар. Пенделік пайымдау бойынша бұл әліптік ақиқат. Осы негізден шығарсақ Қайым Мұхаметханұлының ғұмыры сексен сегіз жылды қамтыды. Осы орайда Абай сөзіне ден қойсақ: Ақыл мен жан мен өзім тән менікі ...
15120. Абыл Тілеуұлы 30.5 KB
  АБЫЛ ТІЛЕУЛЫ 1777-1864 18 ғасырдың екінші жартснда өмір сүрген бұрнғ ақнжраулардң дәстүрін жалғастырушылардың бірісуырыпсалма ақынАбыл Тілеуұлы.Ол Маңғыстауда туыпөсіпбүкіл Атырау айм
15122. Ақтамберді жырау 35 KB
  Сарыұлы Ақтамберді 1675 1768 Сарыұлы Ақтамберді 1675 1768 атақты жырау қолбасшы батыр қоғам қайраткері. Ұлы жүздің Ошақты руынан. Әкесі Сары мен шешесі Сырбикеден жалғыз туған. Жыраудың атадан жалғыз туғанның жүрегінің бастары сары да жалқын су болар деуінде өз өмірін...
15123. Аралбай Оңғарбекұлы 26 KB
  Аралбай Оңғарбекұлы 1854-1914 Аралбай Оңғарбекұлы Маңғыстаудың Қарақұм аумағында туып өскен.Кедейліктің кесірінен жасынан ауруға шалдығыпкедейлік тірлігімен қатар денсаулықтың кемдігі де оны өмірге...
15124. Асан қайғы - дала данышпаны 47.5 KB
  АСАН ҚАЙҒЫ ДАЛА ДАНЫШПАНЫ Г.Б. Әбдіқадрова № 47 М.В. Ломоносов атындағы қазақ орта мектебі Шиелі ауданы Қызылорда облысы Табиғат бүкіл әлем.Адам табиғатта өмір сүреді онымен тұрақты қатынаста болады. Адам оның денесі мен рухани өмірі табиғатпен тікелей байл...